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惯性约束的优点及问题

  每一次激光聚变的时间约十亿分之一秒。利用激光使氘氚小球聚变,相当于引爆了一个微型氢弹。一个微型氢弹爆炸后产生的冲力,比一个节日用的大爆竹爆炸产生的冲力大不了多少。如果1秒种引爆100个外径几毫米的微型氢弹,就可以得到几百万千瓦的电功率。由于激光聚变是一种微型氢弹,因此一些国家利用激光聚变来研究核武器的辐射效应,验证武器设计的计算机程序。

环流器新一号  但是,激光聚变时,为创造聚变条件所需的激光的能量的利用效率,以及由电能转化为激光的能量的利用效率都不高。根据日本学者的研究,如果采用有外层球壳的小球,让激光通过外壳的孔后在内球和外壳之间来回吸收和反射,就能使内球更好地压缩并达到聚变。但这种小球是很难制造的。另外,如采用氟化氪准分子激光器,则电能转化为激光的效率高。这需要缩小氟化氪激光的脉冲宽度,以便使能量更集中。

  惯性约束除了采用激光外,20世纪70年代后还研究用电子束及离子束。电子束及离子束的优点是,为创造聚变条件而消耗的能量的利用效率高得多。特别是采用离子束时,由于离子的射程短,离子的能量主要被靶丸表层吸收,因而更容易产生压缩。因此使用离子束时,由于离子运动速度慢,通过控制加速离子的电压,使先发射的离子速度慢一些,后发射的快一些。可以使先后发射的离子同时达到靶丸表面,产生所谓聚束作用。但是电子束及离子束达到的功率还不够高,而且由于带电粒子间的排斥力,使电子束及离子束的聚焦比激光困难些。因此电子束、离子束聚变,目前还不如激光聚变成熟。离子束聚变时,目前主要用碳、氧、氮等轻离子。采用重离子束时,由于成本过高,发展前途不大。

  惯性约束和磁约束相比有三个优点:第一,装置的聚变部分的体积小;第二,可以采用液体金属作为聚变反应室的冷却剂,冷却效率高。当使用液体锂冷却时,还有利于氚的增殖;第三,可以将产生激光束、电子束或离子束的聚变驱动器部分,与聚变反应室分开,有利于检修。但是惯性约束只能脉冲运行,不能像串级磁镜那样稳态运行。

  在0℃和1个大气压之下,每立方厘米的空气中大约有3000亿亿个气体分子。在磁约束的条件下,等离于体的密度很低,每立方厘米的粒子数约百万亿个,比空气中的分子密度小几十万倍,因此聚变反应室要有高真空。为实现聚变,在此种密度下要求的约束时间至少是1秒,所以磁约束是一种慢聚变。惯性约束是快聚变,约束时间很短,大约为十亿分之几秒。为了实现聚变,等离子体密度应达到每立方厘米千万亿亿个粒子,比空气的密度大几千倍以上。

  无论是磁约束或惯性约束,都需要极高的温度,所以称为热核反应。氢弹是利用原子弹的爆炸提供高温实现聚变爆炸,所以称为热核武器。,除了高温核聚变外,有的科学家还提出了低温核聚变的思想。

聚爆理论  欧洲的阶段性成功

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